Store moves sent with "position" UCI command
[stockfish] / src / search.cpp
1 /*
2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
4   Copyright (C) 2008-2013 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
5
6   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
7   it under the terms of the GNU General Public License as published by
8   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
9   (at your option) any later version.
10
11   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
12   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
14   GNU General Public License for more details.
15
16   You should have received a copy of the GNU General Public License
17   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
18 */
19
20 #include <algorithm>
21 #include <cassert>
22 #include <cmath>
23 #include <cstring>
24 #include <iostream>
25 #include <sstream>
26
27 #include "book.h"
28 #include "evaluate.h"
29 #include "movegen.h"
30 #include "movepick.h"
31 #include "notation.h"
32 #include "search.h"
33 #include "timeman.h"
34 #include "thread.h"
35 #include "tt.h"
36 #include "ucioption.h"
37
38 namespace Search {
39
40   volatile SignalsType Signals;
41   LimitsType Limits;
42   std::vector<RootMove> RootMoves;
43   Position RootPos;
44   Color RootColor;
45   Time::point SearchTime;
46   StateStackPtr SetupStates;
47   MovesVectPtr SetupMoves;
48 }
49
50 using std::string;
51 using Eval::evaluate;
52 using namespace Search;
53
54 namespace {
55
56   // Set to true to force running with one thread. Used for debugging
57   const bool FakeSplit = false;
58
59   // This is the minimum interval in msec between two check_time() calls
60   const int TimerResolution = 5;
61
62   // Different node types, used as template parameter
63   enum NodeType { Root, PV, NonPV, SplitPointRoot, SplitPointPV, SplitPointNonPV };
64
65   // Dynamic razoring margin based on depth
66   inline Value razor_margin(Depth d) { return Value(512 + 16 * int(d)); }
67
68   // Futility lookup tables (initialized at startup) and their access functions
69   Value FutilityMargins[16][64]; // [depth][moveNumber]
70   int FutilityMoveCounts[32];    // [depth]
71
72   inline Value futility_margin(Depth d, int mn) {
73
74     return d < 7 * ONE_PLY ? FutilityMargins[std::max(int(d), 1)][std::min(mn, 63)]
75                            : 2 * VALUE_INFINITE;
76   }
77
78   // Reduction lookup tables (initialized at startup) and their access function
79   int8_t Reductions[2][64][64]; // [pv][depth][moveNumber]
80
81   template <bool PvNode> inline Depth reduction(Depth d, int mn) {
82
83     return (Depth) Reductions[PvNode][std::min(int(d) / ONE_PLY, 63)][std::min(mn, 63)];
84   }
85
86   size_t PVSize, PVIdx;
87   TimeManager TimeMgr;
88   int BestMoveChanges;
89   Value DrawValue[COLOR_NB];
90   History Hist;
91   Gains Gain;
92
93   template <NodeType NT>
94   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
95
96   template <NodeType NT, bool InCheck>
97   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth);
98
99   void id_loop(Position& pos);
100   Value value_to_tt(Value v, int ply);
101   Value value_from_tt(Value v, int ply);
102   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta);
103   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second);
104   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second);
105   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta);
106
107   struct Skill {
108     Skill(int l) : level(l), best(MOVE_NONE) {}
109    ~Skill() {
110       if (enabled()) // Swap best PV line with the sub-optimal one
111           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(),
112                     RootMoves.end(), best ? best : pick_move()));
113     }
114
115     bool enabled() const { return level < 20; }
116     bool time_to_pick(int depth) const { return depth == 1 + level; }
117     Move pick_move();
118
119     int level;
120     Move best;
121   };
122
123 } // namespace
124
125
126 /// Search::init() is called during startup to initialize various lookup tables
127
128 void Search::init() {
129
130   int d;  // depth (ONE_PLY == 2)
131   int hd; // half depth (ONE_PLY == 1)
132   int mc; // moveCount
133
134   // Init reductions array
135   for (hd = 1; hd < 64; hd++) for (mc = 1; mc < 64; mc++)
136   {
137       double    pvRed = log(double(hd)) * log(double(mc)) / 3.0;
138       double nonPVRed = 0.33 + log(double(hd)) * log(double(mc)) / 2.25;
139       Reductions[1][hd][mc] = (int8_t) (   pvRed >= 1.0 ? floor(   pvRed * int(ONE_PLY)) : 0);
140       Reductions[0][hd][mc] = (int8_t) (nonPVRed >= 1.0 ? floor(nonPVRed * int(ONE_PLY)) : 0);
141   }
142
143   // Init futility margins array
144   for (d = 1; d < 16; d++) for (mc = 0; mc < 64; mc++)
145       FutilityMargins[d][mc] = Value(112 * int(log(double(d * d) / 2) / log(2.0) + 1.001) - 8 * mc + 45);
146
147   // Init futility move count array
148   for (d = 0; d < 32; d++)
149       FutilityMoveCounts[d] = int(3.001 + 0.25 * pow(double(d), 2.0));
150 }
151
152
153 /// Search::perft() is our utility to verify move generation. All the leaf nodes
154 /// up to the given depth are generated and counted and the sum returned.
155
156 size_t Search::perft(Position& pos, Depth depth) {
157
158   // At the last ply just return the number of legal moves (leaf nodes)
159   if (depth == ONE_PLY)
160       return MoveList<LEGAL>(pos).size();
161
162   StateInfo st;
163   size_t cnt = 0;
164   CheckInfo ci(pos);
165
166   for (MoveList<LEGAL> ml(pos); !ml.end(); ++ml)
167   {
168       pos.do_move(ml.move(), st, ci, pos.move_gives_check(ml.move(), ci));
169       cnt += perft(pos, depth - ONE_PLY);
170       pos.undo_move(ml.move());
171   }
172
173   return cnt;
174 }
175
176
177 /// Search::think() is the external interface to Stockfish's search, and is
178 /// called by the main thread when the program receives the UCI 'go' command. It
179 /// searches from RootPos and at the end prints the "bestmove" to output.
180
181 void Search::think() {
182
183   static PolyglotBook book; // Defined static to initialize the PRNG only once
184
185   RootColor = RootPos.side_to_move();
186   TimeMgr.init(Limits, RootPos.game_ply(), RootColor);
187
188   if (RootMoves.empty())
189   {
190       RootMoves.push_back(MOVE_NONE);
191       sync_cout << "info depth 0 score "
192                 << score_to_uci(RootPos.checkers() ? -VALUE_MATE : VALUE_DRAW)
193                 << sync_endl;
194
195       goto finalize;
196   }
197
198   if (Options["OwnBook"] && !Limits.infinite && !Limits.mate)
199   {
200       Move bookMove = book.probe(RootPos, Options["Book File"], Options["Best Book Move"]);
201
202       if (bookMove && std::count(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove))
203       {
204           std::swap(RootMoves[0], *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), bookMove));
205           goto finalize;
206       }
207   }
208
209   if (Options["Contempt Factor"] && !Options["UCI_AnalyseMode"])
210   {
211       int cf = Options["Contempt Factor"] * PawnValueMg / 100; // From centipawns
212       cf = cf * Material::game_phase(RootPos) / PHASE_MIDGAME; // Scale down with phase
213       DrawValue[ RootColor] = VALUE_DRAW - Value(cf);
214       DrawValue[~RootColor] = VALUE_DRAW + Value(cf);
215   }
216   else
217       DrawValue[WHITE] = DrawValue[BLACK] = VALUE_DRAW;
218
219   if (Options["Use Search Log"])
220   {
221       Log log(Options["Search Log Filename"]);
222       log << "\nSearching: "  << RootPos.fen()
223           << "\ninfinite: "   << Limits.infinite
224           << " ponder: "      << Limits.ponder
225           << " time: "        << Limits.time[RootColor]
226           << " increment: "   << Limits.inc[RootColor]
227           << " moves to go: " << Limits.movestogo
228           << std::endl;
229   }
230
231   // Reset the threads, still sleeping: will be wake up at split time
232   for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
233       Threads[i]->maxPly = 0;
234
235   Threads.sleepWhileIdle = Options["Use Sleeping Threads"];
236
237   // Set best timer interval to avoid lagging under time pressure. Timer is
238   // used to check for remaining available thinking time.
239   Threads.timer->msec =
240   Limits.use_time_management() ? std::min(100, std::max(TimeMgr.available_time() / 16, TimerResolution)) :
241                   Limits.nodes ? 2 * TimerResolution
242                                : 100;
243
244   Threads.timer->notify_one(); // Wake up the recurring timer
245
246   id_loop(RootPos); // Let's start searching !
247
248   Threads.timer->msec = 0; // Stop the timer
249   Threads.sleepWhileIdle = true; // Send idle threads to sleep
250
251   if (Options["Use Search Log"])
252   {
253       Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime + 1;
254
255       Log log(Options["Search Log Filename"]);
256       log << "Nodes: "          << RootPos.nodes_searched()
257           << "\nNodes/second: " << RootPos.nodes_searched() * 1000 / elapsed
258           << "\nBest move: "    << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[0]);
259
260       StateInfo st;
261       RootPos.do_move(RootMoves[0].pv[0], st);
262       log << "\nPonder move: " << move_to_san(RootPos, RootMoves[0].pv[1]) << std::endl;
263       RootPos.undo_move(RootMoves[0].pv[0]);
264   }
265
266 finalize:
267
268   // When we reach max depth we arrive here even without Signals.stop is raised,
269   // but if we are pondering or in infinite search, according to UCI protocol,
270   // we shouldn't print the best move before the GUI sends a "stop" or "ponderhit"
271   // command. We simply wait here until GUI sends one of those commands (that
272   // raise Signals.stop).
273   if (!Signals.stop && (Limits.ponder || Limits.infinite))
274   {
275       Signals.stopOnPonderhit = true;
276       RootPos.this_thread()->wait_for(Signals.stop);
277   }
278
279   // Best move could be MOVE_NONE when searching on a stalemate position
280   sync_cout << "bestmove " << move_to_uci(RootMoves[0].pv[0], RootPos.is_chess960())
281             << " ponder "  << move_to_uci(RootMoves[0].pv[1], RootPos.is_chess960())
282             << sync_endl;
283 }
284
285
286 namespace {
287
288   // id_loop() is the main iterative deepening loop. It calls search() repeatedly
289   // with increasing depth until the allocated thinking time has been consumed,
290   // user stops the search, or the maximum search depth is reached.
291
292   void id_loop(Position& pos) {
293
294     Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
295     int depth, prevBestMoveChanges;
296     Value bestValue, alpha, beta, delta;
297     bool bestMoveNeverChanged = true;
298
299     memset(ss, 0, 4 * sizeof(Stack));
300     depth = BestMoveChanges = 0;
301     bestValue = delta = -VALUE_INFINITE;
302     ss->currentMove = MOVE_NULL; // Hack to skip update gains
303     TT.new_search();
304     Hist.clear();
305     Gain.clear();
306
307     PVSize = Options["MultiPV"];
308     Skill skill(Options["Skill Level"]);
309
310     // Do we have to play with skill handicap? In this case enable MultiPV search
311     // that we will use behind the scenes to retrieve a set of possible moves.
312     if (skill.enabled() && PVSize < 4)
313         PVSize = 4;
314
315     PVSize = std::min(PVSize, RootMoves.size());
316
317     // Iterative deepening loop until requested to stop or target depth reached
318     while (++depth <= MAX_PLY && !Signals.stop && (!Limits.depth || depth <= Limits.depth))
319     {
320         // Save last iteration's scores before first PV line is searched and all
321         // the move scores but the (new) PV are set to -VALUE_INFINITE.
322         for (size_t i = 0; i < RootMoves.size(); i++)
323             RootMoves[i].prevScore = RootMoves[i].score;
324
325         prevBestMoveChanges = BestMoveChanges; // Only sensible when PVSize == 1
326         BestMoveChanges = 0;
327
328         // MultiPV loop. We perform a full root search for each PV line
329         for (PVIdx = 0; PVIdx < PVSize; PVIdx++)
330         {
331             // Set aspiration window default width
332             if (depth >= 5 && abs(RootMoves[PVIdx].prevScore) < VALUE_KNOWN_WIN)
333             {
334                 delta = Value(16);
335                 alpha = RootMoves[PVIdx].prevScore - delta;
336                 beta  = RootMoves[PVIdx].prevScore + delta;
337             }
338             else
339             {
340                 alpha = -VALUE_INFINITE;
341                 beta  =  VALUE_INFINITE;
342             }
343
344             // Start with a small aspiration window and, in case of fail high/low,
345             // research with bigger window until not failing high/low anymore.
346             while (true)
347             {
348                 // Search starts from ss+1 to allow referencing (ss-1). This is
349                 // needed by update gains and ss copy when splitting at Root.
350                 bestValue = search<Root>(pos, ss+1, alpha, beta, depth * ONE_PLY);
351
352                 // Bring to front the best move. It is critical that sorting is
353                 // done with a stable algorithm because all the values but the first
354                 // and eventually the new best one are set to -VALUE_INFINITE and
355                 // we want to keep the same order for all the moves but the new
356                 // PV that goes to the front. Note that in case of MultiPV search
357                 // the already searched PV lines are preserved.
358                 std::stable_sort(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end());
359
360                 // Write PV back to transposition table in case the relevant
361                 // entries have been overwritten during the search.
362                 for (size_t i = 0; i <= PVIdx; i++)
363                     RootMoves[i].insert_pv_in_tt(pos);
364
365                 // If search has been stopped return immediately. Sorting and
366                 // writing PV back to TT is safe becuase RootMoves is still
367                 // valid, although refers to previous iteration.
368                 if (Signals.stop)
369                     return;
370
371                 // In case of failing high/low increase aspiration window and
372                 // research, otherwise exit the loop.
373                 if (bestValue > alpha && bestValue < beta)
374                     break;
375
376                 // Give some update (without cluttering the UI) before to research
377                 if (Time::now() - SearchTime > 3000)
378                     sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
379
380                 if (abs(bestValue) >= VALUE_KNOWN_WIN)
381                 {
382                     alpha = -VALUE_INFINITE;
383                     beta  =  VALUE_INFINITE;
384                 }
385                 else if (bestValue >= beta)
386                 {
387                     beta += delta;
388                     delta += delta / 2;
389                 }
390                 else
391                 {
392                     Signals.failedLowAtRoot = true;
393                     Signals.stopOnPonderhit = false;
394
395                     alpha -= delta;
396                     delta += delta / 2;
397                 }
398
399                 assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && beta <= VALUE_INFINITE);
400             }
401
402             // Sort the PV lines searched so far and update the GUI
403             std::stable_sort(RootMoves.begin(), RootMoves.begin() + PVIdx + 1);
404
405             if (PVIdx + 1 == PVSize || Time::now() - SearchTime > 3000)
406                 sync_cout << uci_pv(pos, depth, alpha, beta) << sync_endl;
407         }
408
409         // Do we need to pick now the sub-optimal best move ?
410         if (skill.enabled() && skill.time_to_pick(depth))
411             skill.pick_move();
412
413         if (Options["Use Search Log"])
414         {
415             Log log(Options["Search Log Filename"]);
416             log << pretty_pv(pos, depth, bestValue, Time::now() - SearchTime, &RootMoves[0].pv[0])
417                 << std::endl;
418         }
419
420         // Filter out startup noise when monitoring best move stability
421         if (depth > 2 && BestMoveChanges)
422             bestMoveNeverChanged = false;
423
424         // Do we have found a "mate in x"?
425         if (   Limits.mate
426             && bestValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
427             && VALUE_MATE - bestValue <= 2 * Limits.mate)
428             Signals.stop = true;
429
430         // Do we have time for the next iteration? Can we stop searching now?
431         if (Limits.use_time_management() && !Signals.stopOnPonderhit)
432         {
433             bool stop = false; // Local variable, not the volatile Signals.stop
434
435             // Take in account some extra time if the best move has changed
436             if (depth > 4 && depth < 50 &&  PVSize == 1)
437                 TimeMgr.pv_instability(BestMoveChanges, prevBestMoveChanges);
438
439             // Stop search if most of available time is already consumed. We
440             // probably don't have enough time to search the first move at the
441             // next iteration anyway.
442             if (Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 62) / 100)
443                 stop = true;
444
445             // Stop search early if one move seems to be much better than others
446             if (    depth >= 12
447                 && !stop
448                 &&  PVSize == 1
449                 && (   (bestMoveNeverChanged &&  pos.captured_piece_type())
450                     || Time::now() - SearchTime > (TimeMgr.available_time() * 40) / 100))
451             {
452                 Value rBeta = bestValue - 2 * PawnValueMg;
453                 (ss+1)->excludedMove = RootMoves[0].pv[0];
454                 (ss+1)->skipNullMove = true;
455                 Value v = search<NonPV>(pos, ss+1, rBeta - 1, rBeta, (depth - 3) * ONE_PLY);
456                 (ss+1)->skipNullMove = false;
457                 (ss+1)->excludedMove = MOVE_NONE;
458
459                 if (v < rBeta)
460                     stop = true;
461             }
462
463             if (stop)
464             {
465                 // If we are allowed to ponder do not stop the search now but
466                 // keep pondering until GUI sends "ponderhit" or "stop".
467                 if (Limits.ponder)
468                     Signals.stopOnPonderhit = true;
469                 else
470                     Signals.stop = true;
471             }
472         }
473     }
474   }
475
476
477   // search<>() is the main search function for both PV and non-PV nodes and for
478   // normal and SplitPoint nodes. When called just after a split point the search
479   // is simpler because we have already probed the hash table, done a null move
480   // search, and searched the first move before splitting, we don't have to repeat
481   // all this work again. We also don't need to store anything to the hash table
482   // here: This is taken care of after we return from the split point.
483
484   template <NodeType NT>
485   Value search(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
486
487     const bool PvNode   = (NT == PV || NT == Root || NT == SplitPointPV || NT == SplitPointRoot);
488     const bool SpNode   = (NT == SplitPointPV || NT == SplitPointNonPV || NT == SplitPointRoot);
489     const bool RootNode = (NT == Root || NT == SplitPointRoot);
490
491     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
492     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
493     assert(depth > DEPTH_ZERO);
494
495     Move movesSearched[64];
496     StateInfo st;
497     const TTEntry *tte;
498     SplitPoint* splitPoint;
499     Key posKey;
500     Move ttMove, move, excludedMove, bestMove, threatMove;
501     Depth ext, newDepth;
502     Value bestValue, value, ttValue;
503     Value eval, nullValue, futilityValue;
504     bool inCheck, givesCheck, pvMove, singularExtensionNode;
505     bool captureOrPromotion, dangerous, doFullDepthSearch;
506     int moveCount, playedMoveCount;
507
508     // Step 1. Initialize node
509     Thread* thisThread = pos.this_thread();
510     moveCount = playedMoveCount = 0;
511     inCheck = pos.checkers();
512
513     if (SpNode)
514     {
515         splitPoint = ss->splitPoint;
516         bestMove   = splitPoint->bestMove;
517         threatMove = splitPoint->threatMove;
518         bestValue  = splitPoint->bestValue;
519         tte = NULL;
520         ttMove = excludedMove = MOVE_NONE;
521         ttValue = VALUE_NONE;
522
523         assert(splitPoint->bestValue > -VALUE_INFINITE && splitPoint->moveCount > 0);
524
525         goto split_point_start;
526     }
527
528     bestValue = -VALUE_INFINITE;
529     ss->currentMove = threatMove = (ss+1)->excludedMove = bestMove = MOVE_NONE;
530     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
531     (ss+1)->skipNullMove = false; (ss+1)->reduction = DEPTH_ZERO;
532     (ss+2)->killers[0] = (ss+2)->killers[1] = MOVE_NONE;
533
534     // Used to send selDepth info to GUI
535     if (PvNode && thisThread->maxPly < ss->ply)
536         thisThread->maxPly = ss->ply;
537
538     if (!RootNode)
539     {
540         // Step 2. Check for aborted search and immediate draw
541         if (Signals.stop || pos.is_draw<false>() || ss->ply > MAX_PLY)
542             return DrawValue[pos.side_to_move()];
543
544         // Step 3. Mate distance pruning. Even if we mate at the next move our score
545         // would be at best mate_in(ss->ply+1), but if alpha is already bigger because
546         // a shorter mate was found upward in the tree then there is no need to search
547         // further, we will never beat current alpha. Same logic but with reversed signs
548         // applies also in the opposite condition of being mated instead of giving mate,
549         // in this case return a fail-high score.
550         alpha = std::max(mated_in(ss->ply), alpha);
551         beta = std::min(mate_in(ss->ply+1), beta);
552         if (alpha >= beta)
553             return alpha;
554     }
555
556     // Step 4. Transposition table lookup
557     // We don't want the score of a partial search to overwrite a previous full search
558     // TT value, so we use a different position key in case of an excluded move.
559     excludedMove = ss->excludedMove;
560     posKey = excludedMove ? pos.exclusion_key() : pos.key();
561     tte = TT.probe(posKey);
562     ttMove = RootNode ? RootMoves[PVIdx].pv[0] : tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
563     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(), ss->ply) : VALUE_NONE;
564
565     // At PV nodes we check for exact scores, while at non-PV nodes we check for
566     // a fail high/low. Biggest advantage at probing at PV nodes is to have a
567     // smooth experience in analysis mode. We don't probe at Root nodes otherwise
568     // we should also update RootMoveList to avoid bogus output.
569     if (   !RootNode
570         && tte
571         && tte->depth() >= depth
572         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
573         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
574             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
575                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
576     {
577         TT.refresh(tte);
578         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
579
580         if (    ttValue >= beta
581             &&  ttMove
582             && !pos.is_capture_or_promotion(ttMove)
583             &&  ttMove != ss->killers[0])
584         {
585             ss->killers[1] = ss->killers[0];
586             ss->killers[0] = ttMove;
587         }
588         return ttValue;
589     }
590
591     // Step 5. Evaluate the position statically and update parent's gain statistics
592     if (inCheck)
593         ss->staticEval = ss->evalMargin = eval = VALUE_NONE;
594
595     else if (tte)
596     {
597         // Never assume anything on values stored in TT
598         if (  (ss->staticEval = eval = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
599             ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
600             eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
601
602         // Can ttValue be used as a better position evaluation?
603         if (ttValue != VALUE_NONE)
604             if (   ((tte->type() & BOUND_LOWER) && ttValue > eval)
605                 || ((tte->type() & BOUND_UPPER) && ttValue < eval))
606                 eval = ttValue;
607     }
608     else
609     {
610         eval = ss->staticEval = evaluate(pos, ss->evalMargin);
611         TT.store(posKey, VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, MOVE_NONE,
612                  ss->staticEval, ss->evalMargin);
613     }
614
615     // Update gain for the parent non-capture move given the static position
616     // evaluation before and after the move.
617     if (   (move = (ss-1)->currentMove) != MOVE_NULL
618         && (ss-1)->staticEval != VALUE_NONE
619         &&  ss->staticEval != VALUE_NONE
620         && !pos.captured_piece_type()
621         &&  type_of(move) == NORMAL)
622     {
623         Square to = to_sq(move);
624         Gain.update(pos.piece_on(to), to, -(ss-1)->staticEval - ss->staticEval);
625     }
626
627     // Step 6. Razoring (is omitted in PV nodes)
628     if (   !PvNode
629         &&  depth < 4 * ONE_PLY
630         && !inCheck
631         &&  eval + razor_margin(depth) < beta
632         &&  ttMove == MOVE_NONE
633         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
634         && !pos.pawn_on_7th(pos.side_to_move()))
635     {
636         Value rbeta = beta - razor_margin(depth);
637         Value v = qsearch<NonPV, false>(pos, ss, rbeta-1, rbeta, DEPTH_ZERO);
638         if (v < rbeta)
639             // Logically we should return (v + razor_margin(depth)), but
640             // surprisingly this did slightly weaker in tests.
641             return v;
642     }
643
644     // Step 7. Static null move pruning (is omitted in PV nodes)
645     // We're betting that the opponent doesn't have a move that will reduce
646     // the score by more than futility_margin(depth) if we do a null move.
647     if (   !PvNode
648         && !ss->skipNullMove
649         &&  depth < 4 * ONE_PLY
650         && !inCheck
651         &&  eval - FutilityMargins[depth][0] >= beta
652         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
653         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
654         return eval - FutilityMargins[depth][0];
655
656     // Step 8. Null move search with verification search (is omitted in PV nodes)
657     if (   !PvNode
658         && !ss->skipNullMove
659         &&  depth > ONE_PLY
660         && !inCheck
661         &&  eval >= beta
662         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY
663         &&  pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()))
664     {
665         ss->currentMove = MOVE_NULL;
666
667         // Null move dynamic reduction based on depth
668         Depth R = 3 * ONE_PLY + depth / 4;
669
670         // Null move dynamic reduction based on value
671         if (eval - PawnValueMg > beta)
672             R += ONE_PLY;
673
674         pos.do_null_move(st);
675         (ss+1)->skipNullMove = true;
676         nullValue = depth-R < ONE_PLY ? -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
677                                       : - search<NonPV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth-R);
678         (ss+1)->skipNullMove = false;
679         pos.undo_null_move();
680
681         if (nullValue >= beta)
682         {
683             // Do not return unproven mate scores
684             if (nullValue >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
685                 nullValue = beta;
686
687             if (depth < 6 * ONE_PLY)
688                 return nullValue;
689
690             // Do verification search at high depths
691             ss->skipNullMove = true;
692             Value v = search<NonPV>(pos, ss, alpha, beta, depth-R);
693             ss->skipNullMove = false;
694
695             if (v >= beta)
696                 return nullValue;
697         }
698         else
699         {
700             // The null move failed low, which means that we may be faced with
701             // some kind of threat. If the previous move was reduced, check if
702             // the move that refuted the null move was somehow connected to the
703             // move which was reduced. If a connection is found, return a fail
704             // low score (which will cause the reduced move to fail high in the
705             // parent node, which will trigger a re-search with full depth).
706             threatMove = (ss+1)->currentMove;
707
708             if (   depth < 5 * ONE_PLY
709                 && (ss-1)->reduction
710                 && threatMove != MOVE_NONE
711                 && allows(pos, (ss-1)->currentMove, threatMove))
712                 return beta - 1;
713         }
714     }
715
716     // Step 9. ProbCut (is omitted in PV nodes)
717     // If we have a very good capture (i.e. SEE > seeValues[captured_piece_type])
718     // and a reduced search returns a value much above beta, we can (almost) safely
719     // prune the previous move.
720     if (   !PvNode
721         &&  depth >= 5 * ONE_PLY
722         && !inCheck
723         && !ss->skipNullMove
724         &&  excludedMove == MOVE_NONE
725         &&  abs(beta) < VALUE_MATE_IN_MAX_PLY)
726     {
727         Value rbeta = beta + 200;
728         Depth rdepth = depth - ONE_PLY - 3 * ONE_PLY;
729
730         assert(rdepth >= ONE_PLY);
731         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NONE);
732         assert((ss-1)->currentMove != MOVE_NULL);
733
734         MovePicker mp(pos, ttMove, Hist, pos.captured_piece_type());
735         CheckInfo ci(pos);
736
737         while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
738             if (pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
739             {
740                 ss->currentMove = move;
741                 pos.do_move(move, st, ci, pos.move_gives_check(move, ci));
742                 value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -rbeta, -rbeta+1, rdepth);
743                 pos.undo_move(move);
744                 if (value >= rbeta)
745                     return value;
746             }
747     }
748
749     // Step 10. Internal iterative deepening
750     if (   depth >= (PvNode ? 5 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
751         && ttMove == MOVE_NONE
752         && (PvNode || (!inCheck && ss->staticEval + Value(256) >= beta)))
753     {
754         Depth d = (PvNode ? depth - 2 * ONE_PLY : depth / 2);
755
756         ss->skipNullMove = true;
757         search<PvNode ? PV : NonPV>(pos, ss, alpha, beta, d);
758         ss->skipNullMove = false;
759
760         tte = TT.probe(posKey);
761         ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
762     }
763
764 split_point_start: // At split points actual search starts from here
765
766     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, ss, PvNode ? -VALUE_INFINITE : beta);
767     CheckInfo ci(pos);
768     value = bestValue; // Workaround a bogus 'uninitialized' warning under gcc
769     singularExtensionNode =   !RootNode
770                            && !SpNode
771                            &&  depth >= (PvNode ? 6 * ONE_PLY : 8 * ONE_PLY)
772                            &&  ttMove != MOVE_NONE
773                            && !excludedMove // Recursive singular search is not allowed
774                            && (tte->type() & BOUND_LOWER)
775                            &&  tte->depth() >= depth - 3 * ONE_PLY;
776
777     // Step 11. Loop through moves
778     // Loop through all pseudo-legal moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
779     while ((move = mp.next_move<SpNode>()) != MOVE_NONE)
780     {
781       assert(is_ok(move));
782
783       if (move == excludedMove)
784           continue;
785
786       // At root obey the "searchmoves" option and skip moves not listed in Root
787       // Move List, as a consequence any illegal move is also skipped. In MultiPV
788       // mode we also skip PV moves which have been already searched.
789       if (RootNode && !std::count(RootMoves.begin() + PVIdx, RootMoves.end(), move))
790           continue;
791
792       if (SpNode)
793       {
794           // Shared counter cannot be decremented later if move turns out to be illegal
795           if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
796               continue;
797
798           moveCount = ++splitPoint->moveCount;
799           splitPoint->mutex.unlock();
800       }
801       else
802           moveCount++;
803
804       if (RootNode)
805       {
806           Signals.firstRootMove = (moveCount == 1);
807
808           if (thisThread == Threads.main_thread() && Time::now() - SearchTime > 3000)
809               sync_cout << "info depth " << depth / ONE_PLY
810                         << " currmove " << move_to_uci(move, pos.is_chess960())
811                         << " currmovenumber " << moveCount + PVIdx << sync_endl;
812       }
813
814       ext = DEPTH_ZERO;
815       captureOrPromotion = pos.is_capture_or_promotion(move);
816       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
817       dangerous =   givesCheck
818                  || pos.is_passed_pawn_push(move)
819                  || type_of(move) == CASTLE
820                  || (   captureOrPromotion // Entering a pawn endgame?
821                      && type_of(pos.piece_on(to_sq(move))) != PAWN
822                      && type_of(move) == NORMAL
823                      && (  pos.non_pawn_material(WHITE) + pos.non_pawn_material(BLACK)
824                          - PieceValue[MG][pos.piece_on(to_sq(move))] == VALUE_ZERO));
825
826       // Step 12. Extend checks and, in PV nodes, also dangerous moves
827       if (PvNode && dangerous)
828           ext = ONE_PLY;
829
830       else if (givesCheck && pos.see_sign(move) >= 0)
831           ext = ONE_PLY / 2;
832
833       // Singular extension search. If all moves but one fail low on a search of
834       // (alpha-s, beta-s), and just one fails high on (alpha, beta), then that move
835       // is singular and should be extended. To verify this we do a reduced search
836       // on all the other moves but the ttMove, if result is lower than ttValue minus
837       // a margin then we extend ttMove.
838       if (    singularExtensionNode
839           &&  move == ttMove
840           && !ext
841           &&  pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned)
842           &&  abs(ttValue) < VALUE_KNOWN_WIN)
843       {
844           assert(ttValue != VALUE_NONE);
845
846           Value rBeta = ttValue - int(depth);
847           ss->excludedMove = move;
848           ss->skipNullMove = true;
849           value = search<NonPV>(pos, ss, rBeta - 1, rBeta, depth / 2);
850           ss->skipNullMove = false;
851           ss->excludedMove = MOVE_NONE;
852
853           if (value < rBeta)
854               ext = ONE_PLY;
855       }
856
857       // Update current move (this must be done after singular extension search)
858       newDepth = depth - ONE_PLY + ext;
859
860       // Step 13. Futility pruning (is omitted in PV nodes)
861       if (   !captureOrPromotion
862           && !inCheck
863           && !dangerous
864           &&  move != ttMove)
865       {
866           // Move count based pruning
867           if (   !PvNode
868               && depth < 16 * ONE_PLY
869               && moveCount >= FutilityMoveCounts[depth]
870               && (!threatMove || !refutes(pos, move, threatMove)))
871           {
872               if (SpNode)
873                   splitPoint->mutex.lock();
874
875               continue;
876           }
877
878           // Value based pruning
879           // We illogically ignore reduction condition depth >= 3*ONE_PLY for predicted depth,
880           // but fixing this made program slightly weaker.
881           Depth predictedDepth = newDepth - reduction<PvNode>(depth, moveCount);
882           futilityValue =  ss->staticEval + ss->evalMargin + futility_margin(predictedDepth, moveCount)
883                          + Gain[pos.piece_moved(move)][to_sq(move)];
884
885           if (!PvNode && futilityValue < beta)
886           {
887               if (SpNode)
888                   splitPoint->mutex.lock();
889
890               continue;
891           }
892
893           // Prune moves with negative SEE at low depths
894           if (   predictedDepth < 2 * ONE_PLY
895               && pos.see_sign(move) < 0)
896           {
897               if (SpNode)
898                   splitPoint->mutex.lock();
899
900               continue;
901           }
902       }
903
904       // Check for legality only before to do the move
905       if (!RootNode && !SpNode && !pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
906       {
907           moveCount--;
908           continue;
909       }
910
911       pvMove = PvNode && moveCount == 1;
912       ss->currentMove = move;
913       if (!SpNode && !captureOrPromotion && playedMoveCount < 64)
914           movesSearched[playedMoveCount++] = move;
915
916       // Step 14. Make the move
917       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
918
919       // Step 15. Reduced depth search (LMR). If the move fails high will be
920       // re-searched at full depth.
921       if (    depth > 3 * ONE_PLY
922           && !pvMove
923           && !captureOrPromotion
924           && !dangerous
925           &&  move != ttMove
926           &&  move != ss->killers[0]
927           &&  move != ss->killers[1])
928       {
929           ss->reduction = reduction<PvNode>(depth, moveCount);
930           Depth d = std::max(newDepth - ss->reduction, ONE_PLY);
931           if (SpNode)
932               alpha = splitPoint->alpha;
933
934           value = -search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, d);
935
936           doFullDepthSearch = (value > alpha && ss->reduction != DEPTH_ZERO);
937           ss->reduction = DEPTH_ZERO;
938       }
939       else
940           doFullDepthSearch = !pvMove;
941
942       // Step 16. Full depth search, when LMR is skipped or fails high
943       if (doFullDepthSearch)
944       {
945           if (SpNode)
946               alpha = splitPoint->alpha;
947
948           value = newDepth < ONE_PLY ?
949                           givesCheck ? -qsearch<NonPV,  true>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
950                                      : -qsearch<NonPV, false>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, DEPTH_ZERO)
951                                      : - search<NonPV>(pos, ss+1, -(alpha+1), -alpha, newDepth);
952       }
953
954       // Only for PV nodes do a full PV search on the first move or after a fail
955       // high, in the latter case search only if value < beta, otherwise let the
956       // parent node to fail low with value <= alpha and to try another move.
957       if (PvNode && (pvMove || (value > alpha && (RootNode || value < beta))))
958           value = newDepth < ONE_PLY ?
959                           givesCheck ? -qsearch<PV,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
960                                      : -qsearch<PV, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, DEPTH_ZERO)
961                                      : - search<PV>(pos, ss+1, -beta, -alpha, newDepth);
962       // Step 17. Undo move
963       pos.undo_move(move);
964
965       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
966
967       // Step 18. Check for new best move
968       if (SpNode)
969       {
970           splitPoint->mutex.lock();
971           bestValue = splitPoint->bestValue;
972           alpha = splitPoint->alpha;
973       }
974
975       // Finished searching the move. If Signals.stop is true, the search
976       // was aborted because the user interrupted the search or because we
977       // ran out of time. In this case, the return value of the search cannot
978       // be trusted, and we don't update the best move and/or PV.
979       if (Signals.stop || thisThread->cutoff_occurred())
980           return value; // To avoid returning VALUE_INFINITE
981
982       if (RootNode)
983       {
984           RootMove& rm = *std::find(RootMoves.begin(), RootMoves.end(), move);
985
986           // PV move or new best move ?
987           if (pvMove || value > alpha)
988           {
989               rm.score = value;
990               rm.extract_pv_from_tt(pos);
991
992               // We record how often the best move has been changed in each
993               // iteration. This information is used for time management: When
994               // the best move changes frequently, we allocate some more time.
995               if (!pvMove)
996                   BestMoveChanges++;
997           }
998           else
999               // All other moves but the PV are set to the lowest value, this
1000               // is not a problem when sorting becuase sort is stable and move
1001               // position in the list is preserved, just the PV is pushed up.
1002               rm.score = -VALUE_INFINITE;
1003       }
1004
1005       if (value > bestValue)
1006       {
1007           bestValue = SpNode ? splitPoint->bestValue = value : value;
1008
1009           if (value > alpha)
1010           {
1011               bestMove = SpNode ? splitPoint->bestMove = move : move;
1012
1013               if (PvNode && value < beta) // Update alpha! Always alpha < beta
1014                   alpha = SpNode ? splitPoint->alpha = value : value;
1015               else
1016               {
1017                   assert(value >= beta); // Fail high
1018
1019                   if (SpNode)
1020                       splitPoint->cutoff = true;
1021
1022                   break;
1023               }
1024           }
1025       }
1026
1027       // Step 19. Check for splitting the search
1028       if (   !SpNode
1029           &&  depth >= Threads.minimumSplitDepth
1030           &&  Threads.available_slave(thisThread)
1031           &&  thisThread->splitPointsSize < MAX_SPLITPOINTS_PER_THREAD)
1032       {
1033           assert(bestValue < beta);
1034
1035           thisThread->split<FakeSplit>(pos, ss, alpha, beta, &bestValue, &bestMove,
1036                                        depth, threatMove, moveCount, &mp, NT);
1037           if (bestValue >= beta)
1038               break;
1039       }
1040     }
1041
1042     if (SpNode)
1043         return bestValue;
1044
1045     // Step 20. Check for mate and stalemate
1046     // All legal moves have been searched and if there are no legal moves, it
1047     // must be mate or stalemate. Note that we can have a false positive in
1048     // case of Signals.stop or thread.cutoff_occurred() are set, but this is
1049     // harmless because return value is discarded anyhow in the parent nodes.
1050     // If we are in a singular extension search then return a fail low score.
1051     // A split node has at least one move, the one tried before to be splitted.
1052     if (!moveCount)
1053         return  excludedMove ? alpha
1054               : inCheck ? mated_in(ss->ply) : DrawValue[pos.side_to_move()];
1055
1056     // If we have pruned all the moves without searching return a fail-low score
1057     if (bestValue == -VALUE_INFINITE)
1058     {
1059         assert(!playedMoveCount);
1060
1061         bestValue = alpha;
1062     }
1063
1064     if (bestValue >= beta) // Failed high
1065     {
1066         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER, depth,
1067                  bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1068
1069         if (!pos.is_capture_or_promotion(bestMove) && !inCheck)
1070         {
1071             if (bestMove != ss->killers[0])
1072             {
1073                 ss->killers[1] = ss->killers[0];
1074                 ss->killers[0] = bestMove;
1075             }
1076
1077             // Increase history value of the cut-off move
1078             Value bonus = Value(int(depth) * int(depth));
1079             Hist.update(pos.piece_moved(bestMove), to_sq(bestMove), bonus);
1080
1081             // Decrease history of all the other played non-capture moves
1082             for (int i = 0; i < playedMoveCount - 1; i++)
1083             {
1084                 Move m = movesSearched[i];
1085                 Hist.update(pos.piece_moved(m), to_sq(m), -bonus);
1086             }
1087         }
1088     }
1089     else // Failed low or PV search
1090         TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1091                  PvNode && bestMove != MOVE_NONE ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1092                  depth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1093
1094     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1095
1096     return bestValue;
1097   }
1098
1099
1100   // qsearch() is the quiescence search function, which is called by the main
1101   // search function when the remaining depth is zero (or, to be more precise,
1102   // less than ONE_PLY).
1103
1104   template <NodeType NT, bool InCheck>
1105   Value qsearch(Position& pos, Stack* ss, Value alpha, Value beta, Depth depth) {
1106
1107     const bool PvNode = (NT == PV);
1108
1109     assert(NT == PV || NT == NonPV);
1110     assert(InCheck == !!pos.checkers());
1111     assert(alpha >= -VALUE_INFINITE && alpha < beta && beta <= VALUE_INFINITE);
1112     assert(PvNode || (alpha == beta - 1));
1113     assert(depth <= DEPTH_ZERO);
1114
1115     StateInfo st;
1116     const TTEntry* tte;
1117     Key posKey;
1118     Move ttMove, move, bestMove;
1119     Value bestValue, value, ttValue, futilityValue, futilityBase, oldAlpha;
1120     bool givesCheck, enoughMaterial, evasionPrunable;
1121     Depth ttDepth;
1122
1123     // To flag BOUND_EXACT a node with eval above alpha and no available moves
1124     if (PvNode)
1125         oldAlpha = alpha;
1126
1127     ss->currentMove = bestMove = MOVE_NONE;
1128     ss->ply = (ss-1)->ply + 1;
1129
1130     // Check for an instant draw or maximum ply reached
1131     if (pos.is_draw<true>() || ss->ply > MAX_PLY)
1132         return DrawValue[pos.side_to_move()];
1133
1134     // Transposition table lookup. At PV nodes, we don't use the TT for
1135     // pruning, but only for move ordering.
1136     posKey = pos.key();
1137     tte = TT.probe(posKey);
1138     ttMove = tte ? tte->move() : MOVE_NONE;
1139     ttValue = tte ? value_from_tt(tte->value(),ss->ply) : VALUE_NONE;
1140
1141     // Decide whether or not to include checks, this fixes also the type of
1142     // TT entry depth that we are going to use. Note that in qsearch we use
1143     // only two types of depth in TT: DEPTH_QS_CHECKS or DEPTH_QS_NO_CHECKS.
1144     ttDepth = InCheck || depth >= DEPTH_QS_CHECKS ? DEPTH_QS_CHECKS
1145                                                   : DEPTH_QS_NO_CHECKS;
1146     if (   tte
1147         && tte->depth() >= ttDepth
1148         && ttValue != VALUE_NONE // Only in case of TT access race
1149         && (           PvNode ?  tte->type() == BOUND_EXACT
1150             : ttValue >= beta ? (tte->type() & BOUND_LOWER)
1151                               : (tte->type() & BOUND_UPPER)))
1152     {
1153         ss->currentMove = ttMove; // Can be MOVE_NONE
1154         return ttValue;
1155     }
1156
1157     // Evaluate the position statically
1158     if (InCheck)
1159     {
1160         ss->staticEval = ss->evalMargin = VALUE_NONE;
1161         bestValue = futilityBase = -VALUE_INFINITE;
1162         enoughMaterial = false;
1163     }
1164     else
1165     {
1166         if (tte)
1167         {
1168             // Never assume anything on values stored in TT
1169             if (  (ss->staticEval = bestValue = tte->eval_value()) == VALUE_NONE
1170                 ||(ss->evalMargin = tte->eval_margin()) == VALUE_NONE)
1171                 ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1172         }
1173         else
1174             ss->staticEval = bestValue = evaluate(pos, ss->evalMargin);
1175
1176         // Stand pat. Return immediately if static value is at least beta
1177         if (bestValue >= beta)
1178         {
1179             if (!tte)
1180                 TT.store(pos.key(), value_to_tt(bestValue, ss->ply), BOUND_LOWER,
1181                          DEPTH_NONE, MOVE_NONE, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1182
1183             return bestValue;
1184         }
1185
1186         if (PvNode && bestValue > alpha)
1187             alpha = bestValue;
1188
1189         futilityBase = ss->staticEval + ss->evalMargin + Value(128);
1190         enoughMaterial = pos.non_pawn_material(pos.side_to_move()) > RookValueMg;
1191     }
1192
1193     // Initialize a MovePicker object for the current position, and prepare
1194     // to search the moves. Because the depth is <= 0 here, only captures,
1195     // queen promotions and checks (only if depth >= DEPTH_QS_CHECKS) will
1196     // be generated.
1197     MovePicker mp(pos, ttMove, depth, Hist, to_sq((ss-1)->currentMove));
1198     CheckInfo ci(pos);
1199
1200     // Loop through the moves until no moves remain or a beta cutoff occurs
1201     while ((move = mp.next_move<false>()) != MOVE_NONE)
1202     {
1203       assert(is_ok(move));
1204
1205       givesCheck = pos.move_gives_check(move, ci);
1206
1207       // Futility pruning
1208       if (   !PvNode
1209           && !InCheck
1210           && !givesCheck
1211           &&  move != ttMove
1212           &&  enoughMaterial
1213           &&  type_of(move) != PROMOTION
1214           && !pos.is_passed_pawn_push(move))
1215       {
1216           futilityValue =  futilityBase
1217                          + PieceValue[EG][pos.piece_on(to_sq(move))]
1218                          + (type_of(move) == ENPASSANT ? PawnValueEg : VALUE_ZERO);
1219
1220           if (futilityValue < beta)
1221           {
1222               bestValue = std::max(bestValue, futilityValue);
1223               continue;
1224           }
1225
1226           // Prune moves with negative or equal SEE
1227           if (   futilityBase < beta
1228               && depth < DEPTH_ZERO
1229               && pos.see(move) <= 0)
1230           {
1231               bestValue = std::max(bestValue, futilityBase);
1232               continue;
1233           }
1234       }
1235
1236       // Detect non-capture evasions that are candidate to be pruned
1237       evasionPrunable =   !PvNode
1238                        &&  InCheck
1239                        &&  bestValue > VALUE_MATED_IN_MAX_PLY
1240                        && !pos.is_capture(move)
1241                        && !pos.can_castle(pos.side_to_move());
1242
1243       // Don't search moves with negative SEE values
1244       if (   !PvNode
1245           && (!InCheck || evasionPrunable)
1246           &&  move != ttMove
1247           &&  type_of(move) != PROMOTION
1248           &&  pos.see_sign(move) < 0)
1249           continue;
1250
1251       // Don't search useless checks
1252       if (   !PvNode
1253           && !InCheck
1254           &&  givesCheck
1255           &&  move != ttMove
1256           && !pos.is_capture_or_promotion(move)
1257           &&  ss->staticEval + PawnValueMg / 4 < beta
1258           && !check_is_dangerous(pos, move, futilityBase, beta))
1259           continue;
1260
1261       // Check for legality only before to do the move
1262       if (!pos.pl_move_is_legal(move, ci.pinned))
1263           continue;
1264
1265       ss->currentMove = move;
1266
1267       // Make and search the move
1268       pos.do_move(move, st, ci, givesCheck);
1269       value = givesCheck ? -qsearch<NT,  true>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY)
1270                          : -qsearch<NT, false>(pos, ss+1, -beta, -alpha, depth - ONE_PLY);
1271       pos.undo_move(move);
1272
1273       assert(value > -VALUE_INFINITE && value < VALUE_INFINITE);
1274
1275       // Check for new best move
1276       if (value > bestValue)
1277       {
1278           bestValue = value;
1279
1280           if (value > alpha)
1281           {
1282               if (PvNode && value < beta) // Update alpha here! Always alpha < beta
1283               {
1284                   alpha = value;
1285                   bestMove = move;
1286               }
1287               else // Fail high
1288               {
1289                   TT.store(posKey, value_to_tt(value, ss->ply), BOUND_LOWER,
1290                            ttDepth, move, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1291
1292                   return value;
1293               }
1294           }
1295        }
1296     }
1297
1298     // All legal moves have been searched. A special case: If we're in check
1299     // and no legal moves were found, it is checkmate.
1300     if (InCheck && bestValue == -VALUE_INFINITE)
1301         return mated_in(ss->ply); // Plies to mate from the root
1302
1303     TT.store(posKey, value_to_tt(bestValue, ss->ply),
1304              PvNode && bestValue > oldAlpha ? BOUND_EXACT : BOUND_UPPER,
1305              ttDepth, bestMove, ss->staticEval, ss->evalMargin);
1306
1307     assert(bestValue > -VALUE_INFINITE && bestValue < VALUE_INFINITE);
1308
1309     return bestValue;
1310   }
1311
1312
1313   // value_to_tt() adjusts a mate score from "plies to mate from the root" to
1314   // "plies to mate from the current position". Non-mate scores are unchanged.
1315   // The function is called before storing a value to the transposition table.
1316
1317   Value value_to_tt(Value v, int ply) {
1318
1319     assert(v != VALUE_NONE);
1320
1321     return  v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v + ply
1322           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v - ply : v;
1323   }
1324
1325
1326   // value_from_tt() is the inverse of value_to_tt(): It adjusts a mate score
1327   // from the transposition table (where refers to the plies to mate/be mated
1328   // from current position) to "plies to mate/be mated from the root".
1329
1330   Value value_from_tt(Value v, int ply) {
1331
1332     return  v == VALUE_NONE             ? VALUE_NONE
1333           : v >= VALUE_MATE_IN_MAX_PLY  ? v - ply
1334           : v <= VALUE_MATED_IN_MAX_PLY ? v + ply : v;
1335   }
1336
1337
1338   // check_is_dangerous() tests if a checking move can be pruned in qsearch()
1339
1340   bool check_is_dangerous(const Position& pos, Move move, Value futilityBase, Value beta)
1341   {
1342     Piece pc = pos.piece_moved(move);
1343     Square from = from_sq(move);
1344     Square to = to_sq(move);
1345     Color them = ~pos.side_to_move();
1346     Square ksq = pos.king_square(them);
1347     Bitboard enemies = pos.pieces(them);
1348     Bitboard kingAtt = pos.attacks_from<KING>(ksq);
1349     Bitboard occ = pos.pieces() ^ from ^ ksq;
1350     Bitboard oldAtt = pos.attacks_from(pc, from, occ);
1351     Bitboard newAtt = pos.attacks_from(pc, to, occ);
1352
1353     // Checks which give opponent's king at most one escape square are dangerous
1354     if (!more_than_one(kingAtt & ~(enemies | newAtt | to)))
1355         return true;
1356
1357     // Queen contact check is very dangerous
1358     if (type_of(pc) == QUEEN && (kingAtt & to))
1359         return true;
1360
1361     // Creating new double threats with checks is dangerous
1362     Bitboard b = (enemies ^ ksq) & newAtt & ~oldAtt;
1363     while (b)
1364     {
1365         // Note that here we generate illegal "double move"!
1366         if (futilityBase + PieceValue[EG][pos.piece_on(pop_lsb(&b))] >= beta)
1367             return true;
1368     }
1369
1370     return false;
1371   }
1372
1373
1374   // allows() tests whether the 'first' move at previous ply somehow makes the
1375   // 'second' move possible, for instance if the moving piece is the same in
1376   // both moves. Normally the second move is the threat (the best move returned
1377   // from a null search that fails low).
1378
1379   bool allows(const Position& pos, Move first, Move second) {
1380
1381     assert(is_ok(first));
1382     assert(is_ok(second));
1383     assert(color_of(pos.piece_on(from_sq(second))) == ~pos.side_to_move());
1384     assert(color_of(pos.piece_on(to_sq(first))) == ~pos.side_to_move());
1385
1386     Square m1from = from_sq(first);
1387     Square m2from = from_sq(second);
1388     Square m1to = to_sq(first);
1389     Square m2to = to_sq(second);
1390
1391     // The piece is the same or second's destination was vacated by the first move
1392     if (m1to == m2from || m2to == m1from)
1393         return true;
1394
1395     // Second one moves through the square vacated by first one
1396     if (between_bb(m2from, m2to) & m1from)
1397       return true;
1398
1399     // Second's destination is defended by the first move's piece
1400     Bitboard m1att = pos.attacks_from(pos.piece_on(m1to), m1to, pos.pieces() ^ m2from);
1401     if (m1att & m2to)
1402         return true;
1403
1404     // Second move gives a discovered check through the first's checking piece
1405     if (m1att & pos.king_square(pos.side_to_move()))
1406     {
1407         assert(between_bb(m1to, pos.king_square(pos.side_to_move())) & m2from);
1408         return true;
1409     }
1410
1411     return false;
1412   }
1413
1414
1415   // refutes() tests whether a 'first' move is able to defend against a 'second'
1416   // opponent's move. In this case will not be pruned. Normally the second move
1417   // is the threat (the best move returned from a null search that fails low).
1418
1419   bool refutes(const Position& pos, Move first, Move second) {
1420
1421     assert(is_ok(first));
1422     assert(is_ok(second));
1423
1424     Square m1from = from_sq(first);
1425     Square m2from = from_sq(second);
1426     Square m1to = to_sq(first);
1427     Square m2to = to_sq(second);
1428
1429     // Don't prune moves of the threatened piece
1430     if (m1from == m2to)
1431         return true;
1432
1433     // If the threatened piece has value less than or equal to the value of the
1434     // threat piece, don't prune moves which defend it.
1435     if (    pos.is_capture(second)
1436         && (   PieceValue[MG][pos.piece_on(m2from)] >= PieceValue[MG][pos.piece_on(m2to)]
1437             || type_of(pos.piece_on(m2from)) == KING))
1438     {
1439         // Update occupancy as if the piece and the threat are moving
1440         Bitboard occ = pos.pieces() ^ m1from ^ m1to ^ m2from;
1441         Piece piece = pos.piece_on(m1from);
1442
1443         // The moved piece attacks the square 'tto' ?
1444         if (pos.attacks_from(piece, m1to, occ) & m2to)
1445             return true;
1446
1447         // Scan for possible X-ray attackers behind the moved piece
1448         Bitboard xray =  (attacks_bb<  ROOK>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, ROOK))
1449                        | (attacks_bb<BISHOP>(m2to, occ) & pos.pieces(color_of(piece), QUEEN, BISHOP));
1450
1451         // Verify attackers are triggered by our move and not already existing
1452         if (xray && (xray ^ (xray & pos.attacks_from<QUEEN>(m2to))))
1453             return true;
1454     }
1455
1456     // Don't prune safe moves which block the threat path
1457     if ((between_bb(m2from, m2to) & m1to) && pos.see_sign(first) >= 0)
1458         return true;
1459
1460     return false;
1461   }
1462
1463
1464   // When playing with strength handicap choose best move among the MultiPV set
1465   // using a statistical rule dependent on 'level'. Idea by Heinz van Saanen.
1466
1467   Move Skill::pick_move() {
1468
1469     static RKISS rk;
1470
1471     // PRNG sequence should be not deterministic
1472     for (int i = Time::now() % 50; i > 0; i--)
1473         rk.rand<unsigned>();
1474
1475     // RootMoves are already sorted by score in descending order
1476     int variance = std::min(RootMoves[0].score - RootMoves[PVSize - 1].score, PawnValueMg);
1477     int weakness = 120 - 2 * level;
1478     int max_s = -VALUE_INFINITE;
1479     best = MOVE_NONE;
1480
1481     // Choose best move. For each move score we add two terms both dependent on
1482     // weakness, one deterministic and bigger for weaker moves, and one random,
1483     // then we choose the move with the resulting highest score.
1484     for (size_t i = 0; i < PVSize; i++)
1485     {
1486         int s = RootMoves[i].score;
1487
1488         // Don't allow crazy blunders even at very low skills
1489         if (i > 0 && RootMoves[i-1].score > s + 2 * PawnValueMg)
1490             break;
1491
1492         // This is our magic formula
1493         s += (  weakness * int(RootMoves[0].score - s)
1494               + variance * (rk.rand<unsigned>() % weakness)) / 128;
1495
1496         if (s > max_s)
1497         {
1498             max_s = s;
1499             best = RootMoves[i].pv[0];
1500         }
1501     }
1502     return best;
1503   }
1504
1505
1506   // uci_pv() formats PV information according to UCI protocol. UCI requires
1507   // to send all the PV lines also if are still to be searched and so refer to
1508   // the previous search score.
1509
1510   string uci_pv(const Position& pos, int depth, Value alpha, Value beta) {
1511
1512     std::stringstream s;
1513     Time::point elaspsed = Time::now() - SearchTime + 1;
1514     size_t uciPVSize = std::min((size_t)Options["MultiPV"], RootMoves.size());
1515     int selDepth = 0;
1516
1517     for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1518         if (Threads[i]->maxPly > selDepth)
1519             selDepth = Threads[i]->maxPly;
1520
1521     for (size_t i = 0; i < uciPVSize; i++)
1522     {
1523         bool updated = (i <= PVIdx);
1524
1525         if (depth == 1 && !updated)
1526             continue;
1527
1528         int d   = updated ? depth : depth - 1;
1529         Value v = updated ? RootMoves[i].score : RootMoves[i].prevScore;
1530
1531         if (s.rdbuf()->in_avail()) // Not at first line
1532             s << "\n";
1533
1534         s << "info depth " << d
1535           << " seldepth "  << selDepth
1536           << " score "     << (i == PVIdx ? score_to_uci(v, alpha, beta) : score_to_uci(v))
1537           << " nodes "     << pos.nodes_searched()
1538           << " nps "       << pos.nodes_searched() * 1000 / elaspsed
1539           << " time "      << elaspsed
1540           << " multipv "   << i + 1
1541           << " pv";
1542
1543         for (size_t j = 0; RootMoves[i].pv[j] != MOVE_NONE; j++)
1544             s <<  " " << move_to_uci(RootMoves[i].pv[j], pos.is_chess960());
1545     }
1546
1547     return s.str();
1548   }
1549
1550 } // namespace
1551
1552
1553 /// RootMove::extract_pv_from_tt() builds a PV by adding moves from the TT table.
1554 /// We consider also failing high nodes and not only BOUND_EXACT nodes so to
1555 /// allow to always have a ponder move even when we fail high at root, and a
1556 /// long PV to print that is important for position analysis.
1557
1558 void RootMove::extract_pv_from_tt(Position& pos) {
1559
1560   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1561   TTEntry* tte;
1562   int ply = 0;
1563   Move m = pv[0];
1564
1565   pv.clear();
1566
1567   do {
1568       pv.push_back(m);
1569
1570       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1571
1572       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1573       tte = TT.probe(pos.key());
1574
1575   } while (   tte
1576            && pos.is_pseudo_legal(m = tte->move()) // Local copy, TT could change
1577            && pos.pl_move_is_legal(m, pos.pinned_pieces())
1578            && ply < MAX_PLY
1579            && (!pos.is_draw<false>() || ply < 2));
1580
1581   pv.push_back(MOVE_NONE); // Must be zero-terminating
1582
1583   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1584 }
1585
1586
1587 /// RootMove::insert_pv_in_tt() is called at the end of a search iteration, and
1588 /// inserts the PV back into the TT. This makes sure the old PV moves are searched
1589 /// first, even if the old TT entries have been overwritten.
1590
1591 void RootMove::insert_pv_in_tt(Position& pos) {
1592
1593   StateInfo state[MAX_PLY_PLUS_2], *st = state;
1594   TTEntry* tte;
1595   int ply = 0;
1596
1597   do {
1598       tte = TT.probe(pos.key());
1599
1600       if (!tte || tte->move() != pv[ply]) // Don't overwrite correct entries
1601           TT.store(pos.key(), VALUE_NONE, BOUND_NONE, DEPTH_NONE, pv[ply], VALUE_NONE, VALUE_NONE);
1602
1603       assert(MoveList<LEGAL>(pos).contains(pv[ply]));
1604
1605       pos.do_move(pv[ply++], *st++);
1606
1607   } while (pv[ply] != MOVE_NONE);
1608
1609   while (ply) pos.undo_move(pv[--ply]);
1610 }
1611
1612
1613 /// Thread::idle_loop() is where the thread is parked when it has no work to do
1614
1615 void Thread::idle_loop() {
1616
1617   // Pointer 'this_sp' is not null only if we are called from split(), and not
1618   // at the thread creation. So it means we are the split point's master.
1619   const SplitPoint* this_sp = splitPointsSize ? activeSplitPoint : NULL;
1620
1621   assert(!this_sp || (this_sp->masterThread == this && searching));
1622
1623   // If this thread is the master of a split point and all slaves have finished
1624   // their work at this split point, return from the idle loop.
1625   while (!this_sp || this_sp->slavesMask)
1626   {
1627       // If we are not searching, wait for a condition to be signaled instead of
1628       // wasting CPU time polling for work.
1629       while ((!searching && Threads.sleepWhileIdle) || exit)
1630       {
1631           if (exit)
1632           {
1633               assert(!this_sp);
1634               return;
1635           }
1636
1637           // Grab the lock to avoid races with Thread::notify_one()
1638           mutex.lock();
1639
1640           // If we are master and all slaves have finished then exit idle_loop
1641           if (this_sp && !this_sp->slavesMask)
1642           {
1643               mutex.unlock();
1644               break;
1645           }
1646
1647           // Do sleep after retesting sleep conditions under lock protection, in
1648           // particular we need to avoid a deadlock in case a master thread has,
1649           // in the meanwhile, allocated us and sent the notify_one() call before
1650           // we had the chance to grab the lock.
1651           if (!searching && !exit)
1652               sleepCondition.wait(mutex);
1653
1654           mutex.unlock();
1655       }
1656
1657       // If this thread has been assigned work, launch a search
1658       if (searching)
1659       {
1660           assert(!exit);
1661
1662           Threads.mutex.lock();
1663
1664           assert(searching);
1665           SplitPoint* sp = activeSplitPoint;
1666
1667           Threads.mutex.unlock();
1668
1669           Stack ss[MAX_PLY_PLUS_2];
1670           Position pos(*sp->pos, this);
1671
1672           memcpy(ss, sp->ss - 1, 4 * sizeof(Stack));
1673           (ss+1)->splitPoint = sp;
1674
1675           sp->mutex.lock();
1676
1677           assert(activePosition == NULL);
1678
1679           activePosition = &pos;
1680
1681           switch (sp->nodeType) {
1682           case Root:
1683               search<SplitPointRoot>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1684               break;
1685           case PV:
1686               search<SplitPointPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1687               break;
1688           case NonPV:
1689               search<SplitPointNonPV>(pos, ss+1, sp->alpha, sp->beta, sp->depth);
1690               break;
1691           default:
1692               assert(false);
1693           }
1694
1695           assert(searching);
1696
1697           searching = false;
1698           activePosition = NULL;
1699           sp->slavesMask &= ~(1ULL << idx);
1700           sp->nodes += pos.nodes_searched();
1701
1702           // Wake up master thread so to allow it to return from the idle loop
1703           // in case we are the last slave of the split point.
1704           if (    Threads.sleepWhileIdle
1705               &&  this != sp->masterThread
1706               && !sp->slavesMask)
1707           {
1708               assert(!sp->masterThread->searching);
1709               sp->masterThread->notify_one();
1710           }
1711
1712           // After releasing the lock we cannot access anymore any SplitPoint
1713           // related data in a safe way becuase it could have been released under
1714           // our feet by the sp master. Also accessing other Thread objects is
1715           // unsafe because if we are exiting there is a chance are already freed.
1716           sp->mutex.unlock();
1717       }
1718   }
1719 }
1720
1721
1722 /// check_time() is called by the timer thread when the timer triggers. It is
1723 /// used to print debug info and, more important, to detect when we are out of
1724 /// available time and so stop the search.
1725
1726 void check_time() {
1727
1728   static Time::point lastInfoTime = Time::now();
1729   int64_t nodes = 0; // Workaround silly 'uninitialized' gcc warning
1730
1731   if (Time::now() - lastInfoTime >= 1000)
1732   {
1733       lastInfoTime = Time::now();
1734       dbg_print();
1735   }
1736
1737   if (Limits.ponder)
1738       return;
1739
1740   if (Limits.nodes)
1741   {
1742       Threads.mutex.lock();
1743
1744       nodes = RootPos.nodes_searched();
1745
1746       // Loop across all split points and sum accumulated SplitPoint nodes plus
1747       // all the currently active positions nodes.
1748       for (size_t i = 0; i < Threads.size(); i++)
1749           for (int j = 0; j < Threads[i]->splitPointsSize; j++)
1750           {
1751               SplitPoint& sp = Threads[i]->splitPoints[j];
1752
1753               sp.mutex.lock();
1754
1755               nodes += sp.nodes;
1756               Bitboard sm = sp.slavesMask;
1757               while (sm)
1758               {
1759                   Position* pos = Threads[pop_lsb(&sm)]->activePosition;
1760                   if (pos)
1761                       nodes += pos->nodes_searched();
1762               }
1763
1764               sp.mutex.unlock();
1765           }
1766
1767       Threads.mutex.unlock();
1768   }
1769
1770   Time::point elapsed = Time::now() - SearchTime;
1771   bool stillAtFirstMove =    Signals.firstRootMove
1772                          && !Signals.failedLowAtRoot
1773                          &&  elapsed > TimeMgr.available_time();
1774
1775   bool noMoreTime =   elapsed > TimeMgr.maximum_time() - 2 * TimerResolution
1776                    || stillAtFirstMove;
1777
1778   if (   (Limits.use_time_management() && noMoreTime)
1779       || (Limits.movetime && elapsed >= Limits.movetime)
1780       || (Limits.nodes && nodes >= Limits.nodes))
1781       Signals.stop = true;
1782 }